JPWO2008001662A1 - Optical member and optical apparatus provided with the same - Google Patents
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Abstract
本発明は光学部材及びそれを備えた光学装置に関する。特に、本発明は入射光の反射を抑制する反射防止凹凸構造が表面に形成された光学部材及びそれを備えた光学装置に関する。耐環境性に優れた反射防止構造体を提供する。光学部材(反射防止構造体)(1)は、光学部材本体(10)と、光学部材本体(10)の表面(10a)を被覆し、入射光を透過させる保護膜(20)とを備えている。光学部材本体(10)の表面(10a)には、微細な凸部(12)が複数配列されてなり、入射光の反射を抑制する反射防止凹凸構造(11)が形成されている。The present invention relates to an optical member and an optical device including the same. In particular, the present invention relates to an optical member having an antireflection concavo-convex structure formed on a surface for suppressing reflection of incident light, and an optical device including the same. An antireflection structure having excellent environmental resistance is provided. The optical member (antireflection structure) (1) includes an optical member body (10) and a protective film (20) that covers the surface (10a) of the optical member body (10) and transmits incident light. Yes. On the surface (10a) of the optical member body (10), a plurality of fine convex portions (12) are arranged, and an antireflection concavo-convex structure (11) that suppresses reflection of incident light is formed.
Description
本発明は光学部材及びそれを備えた光学装置に関する。特に、本発明は入射光の反射を抑制する反射防止凹凸構造が表面に形成された光学部材及びそれを備えた光学装置に関する。 The present invention relates to an optical member and an optical device including the same. In particular, the present invention relates to an optical member having an antireflection concavo-convex structure formed on a surface for suppressing reflection of incident light, and an optical device including the same.
近年、光の反射を抑制する反射防止処理が表面に施された種々の光学素子が提案されている。反射防止処理としては、例えば、屈折率の比較的低い膜(低屈折率膜)や、低屈折率膜と屈折率の比較的高い膜(高屈折率膜)とを交互に積層してなる多層膜等で構成された反射防止多層膜を表面に形成する処理が挙げられる(例えば、特許文献1等)。 In recent years, various optical elements in which antireflection treatment for suppressing light reflection is performed on the surface have been proposed. As the antireflection treatment, for example, a multilayer formed by alternately laminating a film having a relatively low refractive index (low refractive index film) or a film having a low refractive index and a film having a relatively high refractive index (high refractive index film). A treatment for forming an antireflection multilayer film composed of a film or the like on the surface (for example, Patent Document 1).
しかしながら、低屈折率膜や反射防止多層膜は、その形成に際して蒸着工程やスパッタリング工程等の煩雑な工程を要する。このため、生産性が低く、生産コストが高いという問題がある。また、低屈折率膜や多層膜からなる反射防止膜は、その反射抑制特性に波長依存性及び入射角依存性が大きいという問題もある。 However, the low refractive index film and the antireflection multilayer film require complicated processes such as a vapor deposition process and a sputtering process in forming the low refractive index film and the antireflection multilayer film. For this reason, there are problems that productivity is low and production cost is high. In addition, an antireflection film composed of a low refractive index film or a multilayer film also has a problem that its reflection suppression characteristics are highly wavelength dependent and incident angle dependent.
このような問題に鑑み、反射抑制特性の入射角依存性及び波長依存性の比較的小さな反射防止処理として、例えば、光学部材の表面に入射光の波長以下のピッチで微細構造(例えば、規則的に配列された線条凹部又は線条凸部からなる微細構造や、規則的に配列された錐体状又は柱状の凹部又は凸部からなる微細構造等。以下、このような微細構造が複数配列されてなる構造を「反射防止凹凸構造:SWS(Subwavelength Structured Surface)」とすることがある。)を形成する処理が提案されている(例えば、非特許文献1、2等)。SWSを表面に形成することによって、界面における急激な屈折率変化が抑制され、界面に緩やかな屈折率分布を形成することが可能となる。このため、特許文献1、2に記載された処理によれば、高い反射抑制効果を得ることができる。
しかしながら、SWSが表面に形成された光学部材(以下、「反射防止構造体」とすることがある。)は耐環境性(機械的耐久性及び化学的耐久性)が十分ではなく、製品寿命が短いという問題がある。特に、反射防止構造体がガラス製である場合は、化学的耐久性(耐水性、耐酸性等)が劣悪であり、白ヤケや青ヤケなどが生じる虞がある。 However, the optical member having SWS formed on the surface (hereinafter sometimes referred to as “antireflection structure”) does not have sufficient environmental resistance (mechanical durability and chemical durability), and has a product life span. There is a problem of being short. In particular, when the antireflection structure is made of glass, chemical durability (water resistance, acid resistance, etc.) is inferior, and there is a possibility that white burn, blue burn, or the like may occur.
本発明は斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、耐環境性に優れた反射防止構造体を提供することにある。 This invention is made | formed in view of such a point, The place made into the objective is to provide the antireflection structure excellent in environmental resistance.
上記目的を解決するために、本発明に係る光学部材は、微細な凸部又は凹部が複数配列されてなり、入射光の反射を抑制する反射防止凹凸構造が表面に形成された光学部材本体と、光学部材本体の表面を被覆し、入射光を透過させる保護膜とを備えていることを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned object, an optical member according to the present invention includes an optical member body in which a plurality of fine convex portions or concave portions are arranged, and an antireflection uneven structure that suppresses reflection of incident light is formed on the surface. And a protective film that covers the surface of the optical member body and transmits incident light.
ここで、本明細書において、「入射光を透過させる」とは、入射光を実質的に100%の透過率で透過させる場合のみならず、ある程度(例えば、10%)以上の透過率で入射光を透過させる場合を含む概念であるものとする。 Here, in this specification, “transmitting incident light” means not only transmitting incident light with a transmittance of substantially 100%, but also incident with a transmittance of a certain degree (for example, 10%) or more. The concept includes the case of transmitting light.
また、本発明に係る光学装置は、上記本発明に係る光学部材を備えていることを特徴とする。 An optical device according to the present invention includes the optical member according to the present invention.
本発明によれば、耐環境性に優れた反射防止構造体を実現することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the antireflection structure excellent in environmental resistance is realizable.
1、2、3、4 光学部材
5 撮像装置
6 光ピックアップ装置
10 光学部材本体
11、36、49 反射防止凹凸構造(SWS)
12 凸部
20、38、51a、51b 保護膜
30 レンズ鏡筒ユニット
31 レンズ鏡筒
32 結像光学系
33 装置本体
34 撮像素子
35 鏡筒本体
37 線条凸部
41 レーザ光源
42 コリメータ
43 ビームスプリッタ
45 検出器
46 対物レンズ
47 情報記録媒体
47a 情報記録面
48 レンズ本体
50 錐体状凸部1, 2, 3, 4
DESCRIPTION OF
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(実施形態1)
図1は本実施形態1に係る光学部材(反射防止構造体)1の平面図である。(Embodiment 1)
FIG. 1 is a plan view of an optical member (antireflection structure) 1 according to the first embodiment.
図2は図1中の切り出し線II−IIで切り出した部分の断面図である。 FIG. 2 is a cross-sectional view of a portion cut out along a cut line II-II in FIG.
本実施形態1に係る光学部材1は、平板状で光透過性の(入射光を透過させる)光学部材本体10と、光透過性の(入射光を透過させる)保護膜20とを備えている。光学部材本体10の表面10aには、微細な凸部12が複数配列されてなり、入射光の反射を抑制する反射防止凹凸構造(以下、「SWS」とすることがある。)11が形成されている。尚、反射防止凹凸構造11は、光学部材本体10の表面10a近傍における屈折率変化をなだらかにするような形状のものであれば特に限定されるものではない。例えば、凸部12は、円錐状、角錐状、円柱状、角柱状、円錐台状、ドーム状又は角錐台状であってもよい。また、反射防止凹凸構造11を円錐状、角錐状、円柱状、角柱状、円錐台状、ドーム状又は角錐台状の凹部を複数配列して構成してもよいし、相互に並行に延びる線条凸部又は凹部により構成してもよい。
The
SWS11が形成された表面10aは、保護膜20によって被覆されている。従って、光学部材1の高い耐環境性を実現することができる。保護膜20がない場合、微細な凸部12は他の部材等と衝突することにより非常に変形・破損しやすいものであるところ、その微細な凸部12を保護膜20で被覆することによって、他の部材等と衝突した場合の凸部12の変形・破損を効果的に抑制することができる。その結果、高い機械的耐久性を実現することができる。
The
また、例えば、保護膜20を光学部材本体10よりも化学的耐久性の高いものとすることによって、光学部材1の化学的変性(ヤケ等)も効果的に抑制することができ、機械的耐久性に優れると共に、化学的耐久性にも優れた光学部材1を実現することが可能となる。特に、光学部材本体10がヤケ等の化学的変性が生じやすいガラス製である場合は、化学的耐久性が比較的高い樹脂等からなる保護膜20を表面10a上に形成しておくことが好ましい。そうすることによって、ガラス製の光学部材本体10を外気(例えば、酸素や水分等)から遮断することができ、光学部材本体10の化学的な変性等を効果的に抑制することができる。従って、光学部材1の寿命を比較的長くすることができる。尚、本明細書において、「化学的耐久性が高い」とは、耐水性及び/又は耐酸性が高いことをいう。
In addition, for example, by making the
また、保護膜20の入射光の波長における屈折率を光学部材本体10の同屈折率よりも低く設定することにより、光学部材1の反射率を低下させることができる。例えば、高屈折率の光学部材の表面における反射率をR1とすると、その光学部材の表面に光学部材の屈折率よりも低い屈折率の低屈折率層を形成した場合の光学部材の表面における反射率と低屈折率層表面における反射率との合計の反射率R2は、R1よりも小さくなる。すなわち、光学部材の表面に光学部材よりも屈折率が低い層を設けることによって、光学部材から生じる合計の反射率を小さくすることができる。そして、この反射率低減効果は、光学部材の表面の上に積層する低屈折率層(但し、光学部材本体10から離れるほど低屈折率層の屈折率が低くなるように設定する)の層数が多くなればなるほど大きくなる。このところ、本実施形態1では、光学部材本体10の表面10aにはSWS11が形成されており、さらに、表面10aを覆うように保護膜20が形成されている。そして、SWS11が形成されている表層部分の実効屈折率は、光学部材本体10を構成する材料自体の屈折率と保護膜20の材料自体の屈折率との中間となる。従って、本実施形態1のように、表面10aにSWS11を形成すると共に、その表面10aの上に光学部材本体10の屈折率よりも低い屈折率の保護膜20を設けることによって、表面10aの上に、光学部材本体10よりも低い屈折率の層(SWS11が形成されている表層部分の層)が形成されており、さらにその層の上に、その層よりもさらに屈折率が低い層(SWS11の上に位置し、保護層20のみで構成されている部分)が形成されている状態を形成することができる。その結果、表面10aにSWS11を形成し保護膜20を形成しなかった場合や、SWS11を形成せず保護膜20のみを形成した場合よりも光学部材1の反射率をさらに低減することができる。Moreover, the reflectance of the
さらに、保護膜20を、保護膜20の表面20aにおける反射光の位相と、光学部材本体10の表面10aにおける反射光の位相とが入射光の波長の半分だけずれるような厚みのものとすることが好ましい。具体的には、保護膜20の膜厚を、光学部材本体10の表面10aにおける反射光と保護膜20の表面20aにおける反射光の実質上の光路差が入射光の波長の1/2だけずれるように設定することが好ましい。そうすることによって、保護膜20の表面20aにおける反射光と光学部材本体10の表面10aにおける反射光とを干渉させて弱めることができる。この結果、光学部材1の反射率をより低減することができる。この場合、反射防止凹凸構造11の形状を変化させることにより光学部材本体10の表面10aで生じる反射光の強度を保護膜20の表面20aで生じる反射光の強度と実質的に等しくすることが特に好ましい。そうすることによって、実質的に反射光を生じさせないようにすることができる。すなわち、無反射構造体を実現することも可能となる。
Further, the
また、保護膜20の膜厚を調整することによって、ある波長における反射率を選択的に低減させることや、波長依存性を低減させることも可能となる。
Further, by adjusting the film thickness of the
以下、本実施形態1に係る光学部材1の具体的構成について、図1、図2を参照しながらより詳細に説明する。
Hereinafter, the specific configuration of the
本実施形態1において、光学部材本体10は、実質的にガラスからなるものであり、その表面10aには反射防止凹凸構造11が形成されている。反射防止凹凸構造11は、円柱状の凸部12が複数規則的に配列されてなる。より具体的に、本実施形態1では、複数の凸部12は、入射光の波長(詳細には、入射光が単一の波長の光でない場合は、入射光の最短波長)以下の周期(ピッチ)Λで相互に離間してマトリクス状に配列(正方配列)されている。そして、凸部12の高さt1は入射光の波長の0.4倍以上(詳細には、入射光が単一の波長の光でない場合は、入射光の最長波長の0.4倍以上)に設定されている。このため、表面10aの表層部に緩やかに屈折率が変化する層が形成され、保護膜20を介して表面10aに入射する入射光の反射が効果的に抑制されることとなる。In the first embodiment, the
尚、本実施形態1のように、凸部12が柱状である場合であっても、凸部12を設けることによって、凸部12が存在する表層部分の実行屈折率を低下させることができる。従って、入射光の反射を効果的に低減することができる。
In addition, even if it is a case where the
この表面10aの上に、表面10aを被覆するように実質的に樹脂からなる保護膜20が形成されている。具体的に、本実施形態1では、保護膜20は、複数配列された凸部12相互間の凹部を埋め、保護膜20の光学部材本体10側とは反対側の表面20aが滑面(凹凸のない面、本実施形態1においては平滑面等)となるように形成されている。このため、この保護膜20によって、凸部12は外部からの衝撃や振動から保護され、凸部12の変形や損傷が効果的に抑制される。従って、高い機械的耐久性を実現することができる。
On this
ところで、一般的に、ガラスは化学的耐久性(耐水性や耐酸性)が低く、ガラス材が露出していると白ヤケや青ヤケが発生する。それに対して、樹脂はガラスよりも化学的耐久性が高いため、実質的に樹脂からなる保護膜20によって光学部材10を被覆することによって、実質的にガラスからなる光学部材本体10の化学的変性(ヤケ等)を効果的に抑制することができる。
By the way, in general, glass has low chemical durability (water resistance and acid resistance), and when the glass material is exposed, white burn or blue burn is generated. On the other hand, since resin has higher chemical durability than glass, chemical modification of optical member
本実施形態1において、保護膜20は、その入射光の波長における屈折率が光学部材本体10の同屈折率より低いものである。このため、上述のように光学部材本体10の表面10aの上に光学部材本体10よりも低屈折率な層が2層積層されているような状態となる。従って、光学部材1の反射率を効果的に低減することができる。
In the first embodiment, the
凸部12の頂部から表面20aまでの距離(本明細書では、この距離を保護膜20の膜厚と規定する)t2は、光学部材1の反射率と、光学部材1の反射率の波長依存性との両方に相関する。例えば、入射光が単一の波長の光である場合、保護膜20の膜厚t2を、光学部材本体10の表面10aで生じる反射光の位相と保護膜20の表面20aで生じる反射光の位相との差が入射光の波長の半分(1/2)となるように設定することによって、表面10aで生じる反射光と表面20aで生じる反射光とを干渉させて弱めることができる。従って、このように保護膜20の膜厚t2を設定することによって、ある波長の入射光に対する光学部材1の反射率をより効果的に低減することができる。この場合、凸部12の高さt1を、表面10aで生じる反射光の強度と表面20aで生じる反射光の強度とを実質的に等しくなるようなものとすることが特に好ましい。そうすることによって、光学部材1の反射率を実質的にゼロにすることが可能となる。Distance from the top of the
但し、このように保護膜20の膜厚t2を設定した場合、他の波長の入射光に対しては光学部材本体10の表面10aで生じる反射光の位相と保護膜20の表面20aで生じる反射光の位相との差が入射光の波長の半分(1/2)とはならないため、光学部材1の反射率の波長依存性は比較的大きくなる。However, if you set the thickness t 2 of
以下、保護膜20の膜厚t2等の条件を変化させることにより、光学部材1の反射率やその波長依存性を変化させることができることについて具体例を挙げてさらに具体的に説明する。Hereinafter, by changing the conditions of the film thickness t 2, etc. of the
図3は、周期Λ:300nm、光学部材本体10の波長589nmにおける屈折率:2.00136、保護膜20の波長589nmにおける屈折率:1.37986、t1:150nm、t2:110nm、凸部12の頂部の直径f:90.5nmとした場合の、入射角0°の入射光に対する光学部材1の反射率と入射光の波長の相関を表すグラフである。尚、保護膜20の分散は下記数式(1)により規定される。また、光学部材本体10の分散は下記数式(2)により規定される。
n2−1=K1λ2/(λ2−L1)+K2λ2/(λ2−L2)+K3λ2/(λ2−L3) ・・・(1)
但し、
K1=0.48755108、
K2=0.39875031、
K3=2.3120353、
L1=0.00600069867、
L2=0.00895188847、
L3=566.135591、
である。
n2=a0+a1λ2++a2λ−2+a3λ−4+a4λ−6+a5λ−8 ・・・(2)
但し、
a0=3.7871725、
a1=−0.020974414、
a2=0.059258017、
a3=0.0079700797、
a4=−0.00070884578、
a5=7.9345324e−005、
である。FIG. 3 shows a period Λ: 300 nm, a refractive index of the
n 2 −1 = K 1 λ 2 / (λ 2 −L 1 ) + K 2 λ 2 / (λ 2 −L 2 ) + K 3 λ 2 / (λ 2 −L 3 ) (1)
However,
K 1 = 0.487555108,
K 2 = 0.398775031,
K 3 = 2.3120353,
L 1 = 0.00600069867,
L 2 = 0.00895188847,
L 3 = 566.135559,
It is.
n 2 = a 0 + a 1 λ 2 ++ a 2 λ −2 + a 3 λ −4 + a 4 λ −6 + a 5 λ −8 (2)
However,
a 0 = 3.778725,
a 1 = −0.020974414,
a 2 = 0.0592558017,
a 3 = 0.0079700797,
a 4 = −0.00070884578,
a 5 = 7.9345324e-005,
It is.
図4は図3と同条件における入射光(波長:589nm)の入射角と反射率との相関を表すグラフである。 FIG. 4 is a graph showing the correlation between the incident angle of incident light (wavelength: 589 nm) and the reflectance under the same conditions as in FIG.
図5は、周期Λ:300nm、光学部材本体10の波長589nmにおける屈折率:2.00136、保護膜20の波長589nmにおける屈折率:1.37986、t1:150nm、t2:140nm、凸部12の頂部の直径f:135nmとした場合の、入射角0°の入射光に対する光学部材1の反射率と入射光の波長の相関を表すグラフである。尚、保護膜20の分散は上記数式(1)により規定される。また、光学部材本体10の分散は上記数式(2)により規定される。FIG. 5 shows a period Λ: 300 nm, a refractive index of the
図6は図5と同条件における入射光(波長:589nm)の入射角と反射率との相関を表すグラフである。 FIG. 6 is a graph showing the correlation between the incident angle of incident light (wavelength: 589 nm) and the reflectance under the same conditions as in FIG.
尚、図3乃至図6において、Aは本実施形態1の光学部材1の反射率を示している。Bは、SWS11を設けず、平坦な表面10a上に保護膜20を形成した場合の反射率を示している。Cは保護膜20を設けなかった場合の反射率を示している。また、Dは、保護膜20を設けず、且つ、凸部12の高さt1を半分にした場合の反射率を示している。3 to 6, A indicates the reflectance of the
ここで、図3及び図4に示すグラフ(A)の条件は、波長589nmの入射光が入射した際に、光学部材本体10の表面10aで生じる反射光の位相と保護膜20の表面20aで生じる反射光の位相との差が入射光の波長の半分(1/2)となり、且つその場合の表面10aで生じる反射光と表面20aで生じる反射光との強度が相互に略同一となるような条件である。このような条件に設定することによって、図3、4に示すように、波長589nmの垂直入射光(入射角0°の入射光)の反射をほぼ完全に抑制することができる。
Here, the conditions of the graph (A) shown in FIGS. 3 and 4 are the phase of the reflected light generated on the
また、図4に示すように、保護膜20を設けることによって、保護膜20を設けない場合(C,D)よりも、特に小さな入射角の入射光の反射を効果的に抑制することができる。但し、図3に示すように、保護膜20を設けない場合(CやDの場合)よりも反射率の波長依存性が大きくなる傾向にある。
In addition, as shown in FIG. 4, by providing the
それに対して、図5及び図6に示すグラフ(A)の条件では、図3等に示す場合とは異なり、図5に示すように、光学部材1の反射率が実質的にゼロとなるような波長は現れなくなるものの、反射率の波長依存性をより低減することができる。図5及び図6に示す条件では、保護膜20を設けない場合よりもさらに反射率の波長依存性を低減することができることがわかる。
On the other hand, under the conditions of the graph (A) shown in FIGS. 5 and 6, unlike the case shown in FIG. 3 and the like, the reflectance of the
以上、本実施形態1では、光学部材本体10が入射光を透過させるものである場合を例に挙げて本発明を実施した好ましい形態の一例について説明したが、本発明はこの構成に限定されるものではない。例えば、光学部材本体10は入射光を吸収するもの、所謂黒体であってもよい。その場合であっても、保護膜20を設けることにより、耐環境性を向上することができる。また、光反射率をより効果的に低減することができる。
As described above, in the first embodiment, an example of a preferable embodiment in which the present invention is implemented is described by taking the case where the optical member
また、本実施形態1では、凸部12がマトリクス状に正方配列されている例について説明したが、凸部12の配列は特にこれに限定されるものではなく、例えば、三角格子状(デルタ状)に配列されていてもよい。凸部12の配列は、凸部12(反射防止凹凸構造11)が形成されている表層部分においてなだらかな屈折率変化が生じる限りにおいて特に限定されるものではない。
In the first embodiment, the example in which the
また、本実施形態1では、SWS11が形成されている面が平面である光学部材1を例に挙げて説明したが、下記実施形態に示すように、SWS11が設けられる面の形状は特に限定されるものではなく、また本発明に係る光学部材の形状も特に限定されるものではない。
In the first embodiment, the
(変形例1)
図7は本変形例1に係る光学部材2の断面図である。(Modification 1)
FIG. 7 is a cross-sectional view of the
本変形例1に係る光学部材2は上記実施形態1に係る光学部材1と保護膜20の構成を除いては同様の構成を有する。ここでは、本変形例1における保護膜20の構成について詳細に説明する。尚、本変形例1の説明において、実質的に同じ機能を有する構成要素を実施形態1と共通の参照符号で説明し、説明を省略する。
The
上記実施形態1では、保護膜20は、比較的厚いものであり、複数の凸部12相互間に形成される凹部を埋めると共に、表面20aが滑面(例えば、平滑面)となるように形成されている。しかし、本発明はこの構成に限定されるものではなく、例えば、本変形例2のように、保護膜20は、比較的薄く、反射防止凹凸構造11に沿った形状に形成されていてもよい。すなわち、表面20aに反射防止凹凸構造11に対応した凹凸が形成されていてもよい。この場合であっても、上記実施形態1の場合と同様に高い化学的耐久性を実現することができる。また、保護膜20を設けない場合よりも高い機械的耐久性を実現することができる。
In the first embodiment, the
また、上記実施例1の場合と同様に、保護膜20の層厚や凸部12の形状を適宜調整することによって、反射率の更なる効果的な低減や反射率の波長依存性の低減を図ることができる。
Further, as in the case of Example 1 described above, the layer thickness of the
(実施形態2)
図8は本実施形態2に係る光学部材3の平面図である。(Embodiment 2)
FIG. 8 is a plan view of the
図9は図8中の切り出し線IX−IXで切り出した部分の断面図である。 FIG. 9 is a cross-sectional view of a portion cut out by a cut line IX-IX in FIG.
本実施形態2に係る光学部材3は、上記実施形態1に係る光学部材1と反射防止凹凸構造11の形状を除いては同様の形態を有するものである。ここでは、本実施形態2における反射防止凹凸構造11の形状について詳細に説明する。尚、本実施形態2の説明において、実質的に同じ機能を有する構成要素を実施形態1と共通の参照符号で説明し、説明を省略する。
The
図8及び図9に示すように、本実施形態2では、反射防止凹凸構造(SWS)11は、マトリクス状に密に配列された複数のドーム状の凸部12によって構成されている。本実施形態2のように、複数のドーム状の凸部12によって反射防止凹凸構造11を構成することによって、複数の柱状の凸部12によって反射防止凹凸構造11を構成する場合より、表層部における屈折率変化をよりなだらかにすることができる。また、表面10aにおいて入射光が乱反射することとなる。従って、表面10aにおける反射率をより低減することができる。
As shown in FIGS. 8 and 9, in the second embodiment, the antireflection concavo-convex structure (SWS) 11 is constituted by a plurality of dome-shaped
また、光学部材3の反射率の反射率の波長依存性をより低減することができる。さらに、光学部材3の反射率の入射角依存性をより低減することができ、比較的大きな入射角の入射光に対しても高い反射抑制効果を実現することができる。
Moreover, the wavelength dependence of the reflectance of the
尚、本実施形態2の場合、光学部材本体10の表面10aにおける反射率は表面10aに形成された凸部12の高さに相関する。具体的に、凸部12の高さが高くなるほど反射率は低くなり、逆に凸部12の高さが低くなるほど反射率は高くなる傾向にある。上述のように、低屈折率材料からなる保護膜20を設けることによって光学部材3の反射率(「光学部材の反射率」とは、表面10aに対して入射した光の強度に対する表面20aから射出される反射光(表面10aで生じる反射光と表面20aで生じる反射光との合成光)の強度をいう。)を低減することができるため、保護膜20を設けることによって凸部12の高さを低くした場合であっても所望の低反射率を実現することが可能となる。すなわち、保護膜20を設けることによって、凸部12の高さを比較的低くすることができ、光学部材3の製造を容易にすることができる。
In the second embodiment, the reflectance on the
以下、更なる具体例を挙げて本実施形態2に係る光学部材3の反射抑制効果について具体的に説明する。
Hereinafter, the reflection suppression effect of the
図10は、周期Λ:300nm、光学部材本体10の波長589nmにおける屈折率:1.51674、保護膜20の波長589nmにおける屈折率:1.10000、t1:150nm、t2:40nmとし、凸部12の形状をy=−ax2(aは任意の定数)に沿うようにした場合の、入射角0°の入射光に対する光学部材3の反射率と入射光の波長の相関を表すグラフである。但し、y軸は表面10aのベース面の法線方向に延び、x軸は凸部12の中心を通る断面内においてy軸と直交する方向に延びるものとする。また、保護膜20の屈折率の波長依存性はないものとしている。In FIG. 10, the period Λ: 300 nm, the refractive index of the
図11は、図10と同条件における入射光(波長:589nm)の入射角と反射率との相関を表すグラフである。 FIG. 11 is a graph showing the correlation between the incident angle of incident light (wavelength: 589 nm) and the reflectance under the same conditions as in FIG.
尚、図10及び図11において、Aは本実施形態2の光学部材3の反射率を示している。Bは、SWS11を設けず、平坦な表面10a上に保護膜20を形成した場合の反射率を示している。Cは保護膜20を設けなかった場合の反射率を示している。また、Dは、保護膜20を設けず、且つ、凸部12の高さt1を半分にした場合の反射率を示している。10 and 11, A indicates the reflectance of the
図10に示すように、本実施形態2の構成をとることによって、光学部材3の反射率及びその波長依存性をより効果的に低減することができる。また、図11に示すように光学部材3の反射率の入射角依存性をより低減することができ、比較的入射角の大きな入射光に対する反射率をも効果的に低減することができる。
As shown in FIG. 10, the reflectance of the
(変形例2)
図12は本変形例2に係る光学部材4の断面図である。(Modification 2)
FIG. 12 is a cross-sectional view of the
図13は、周期Λ:300nm、光学部材本体10の波長589nmにおける屈折率:2.00136、保護膜20の波長589nmにおける屈折率:1.49169、t1:300nm、t2:89nm、t3:243nmとし、凸部12の形状をy=−ax2(aは任意の定数)に沿うようにした場合の、入射角0°の入射光に対する光学部材4の反射率と入射光の波長の相関を表すグラフである。また、保護膜20の分散は下記数式(3)により規定される。また、光学部材本体10の分散は下記数式(4)により規定される。
n2=a0+a1λ2++a2λ−2+a3λ−4+a4λ−6+a5λ−8 ・・・(3)
但し、
a0=2.1864582、
a1=−0.00024475348、
a2=0.014155787、
a3=−0.00044329781、
a4=7.7664259e−005、
a5=−2.9936382e−006、
である。
n2=a0+a1λ2++a2λ−2+a3λ−4+a4λ−6+a5λ−8 ・・・(4)
但し、
a0=3.7871725、
a1=−0.020974414、
a2=0.059258017、
a3=0.0079700797、
a4=−0.00070884578、
a5=7.9345324e−005、
である。FIG. 13 shows a period Λ: 300 nm, a refractive index of the
n 2 = a 0 + a 1 λ 2 +++ a 2 λ −2 + a 3 λ −4 + a 4 λ −6 + a 5 λ −8 (3)
However,
a 0 = 2.1864582,
a 1 = −0.00024475348,
a 2 = 0.0145155787,
a 3 = −0.000443297981,
a 4 = 7.7664259e-005,
a 5 = −2.9936382e-006,
It is.
n 2 = a 0 + a 1 λ 2 ++ a 2 λ −2 + a 3 λ −4 + a 4 λ −6 + a 5 λ −8 (4)
However,
a 0 = 3.778725,
a 1 = −0.020974414,
a 2 = 0.0592558017,
a 3 = 0.0079700797,
a 4 = −0.00070884578,
a 5 = 7.9345324e-005,
It is.
図14は、図13と同条件における入射光(波長:589nm)の入射角と反射率との相関を表すグラフである。 FIG. 14 is a graph showing the correlation between the incident angle of incident light (wavelength: 589 nm) and the reflectance under the same conditions as in FIG.
尚、図13及び図14において、Aは本変形例2の光学部材4の反射率を示している。Bは、SWS11を設けず、平坦な表面10a上に保護膜20を形成した場合の反射率を示している。Cは保護膜20を設けなかった場合の反射率を示している。また、Dは、保護膜20を設けず、且つ、凸部12の高さt1を半分にした場合の反射率を示している。In FIGS. 13 and 14, A represents the reflectance of the
本変形例2に係る光学部材4は上記実施形態2に係る光学部材3と保護膜20の構成を除いては同様の構成を有する。ここでは、本変形例2における保護膜20の構成について詳細に説明する。尚、本変形例2の説明において、実質的に同じ機能を有する構成要素を実施形態1、2と共通の参照符号で説明し、説明を省略する。
The
上記実施形態2では、保護膜20は、比較的厚いものであり、複数の凸部12相互間に形成される凹部を埋めると共に、表面20aが滑面(例えば、平滑面)となるように形成されている。しかし、本発明はこの構成に限定されるものではなく、例えば、本変形例2のように、保護膜20は、比較的薄く、反射防止凹凸構造11に沿った形状に形成されていてもよい。すなわち、表面20aに反射防止凹凸構造11に対応した凹凸が形成されていてもよい。この場合であっても、上記実施形態2の場合と同様に高い化学的耐久性を実現することができる。また、保護膜20を設けない場合よりも高い機械的耐久性を実現することができる。
In the second embodiment, the
また、図13、図14に示すように、上記実施例1の場合と同様に、保護膜20の層厚や凸部12の形状を適宜調整することによって、反射率の更なる効果的な低減や反射率の波長依存性の低減を図ることができる。
Further, as shown in FIGS. 13 and 14, as in the case of the first embodiment, the reflectance can be further effectively reduced by appropriately adjusting the layer thickness of the
次に、本発明を実施した光学部材を用いた光学装置について、実施形態3、4を例に挙げて説明する。 Next, an optical device using the optical member embodying the present invention will be described by taking Embodiments 3 and 4 as examples.
(実施形態3)
図15は本実施形態3に係る撮像装置5の主要部の構成を表す図である。(Embodiment 3)
FIG. 15 is a diagram illustrating a configuration of a main part of the
図15に示すように、本実施形態3に係る撮像装置5は、装置本体33と、レンズ鏡筒ユニット30と、撮像素子34とを備えている。レンズ鏡筒ユニット30は、筒状(詳細には円筒状)のレンズ鏡筒31と、レンズ鏡筒31の内部に収納された結像光学系32とを備えている。結像光学系32は、像側(図15において左側)からレンズ鏡筒31内に入射する光を結像するためのものである。本実施形態3では、結像光学系32は、具体的に、第1のレンズ32a、第2のレンズ32b及び第3のレンズ32cにより構成されている。尚、結像光学系32を構成するレンズ32a〜32cは、それぞれ光軸上に変位不能に配置されていてもよい。また、レンズ32a〜32cのうち少なくともひとつが光軸上を変位可能に構成されており、フォーカシングや変倍が可能な構成としてもよい。
As illustrated in FIG. 15, the
レンズ鏡筒ユニット30は、装置本体33に取り付けられている。レンズ鏡筒ユニット30は装置本体33に対して着脱可能であってもよく、また、装置本体33に脱離不能に取り付けられていてもよい。
The
装置本体33には、撮像素子34が設けられている。撮像素子34は結像光学系32の光軸上に配置されている。詳細には、撮像素子34は撮像面を有し、その撮像面に結像光学系32によって光学像が結像されるように配置されている。撮像素子34は光検出器としての機能を有するものである。詳細には、撮像素子34は光学像に結像された光学像を検出して、光学像に対応した電気信号を出力する機能を有するものである。撮像素子34は、例えば、CCD(charge coupled device)、COMS(complementary metal−oxide semiconductor)等により構成することができる。
The
本実施形態3では、撮像素子34から出力された電気信号は、装置本体33に収納された図示しない記録装置(例えば、ハードディスク等)に入力されて記録されるように構成されている。
In the third embodiment, the electrical signal output from the
図16はレンズ鏡筒31の斜視図である。
FIG. 16 is a perspective view of the
図17はレンズ鏡筒31の一部を拡大した断面図である。
FIG. 17 is an enlarged sectional view of a part of the
原則的に、結像光学系32は、結像光学系32に入射した光が撮像素子34の撮像面上に結像されるように設計されている。しかしながら、結像光学系32の最大画角以上の光など、結像光学系32に入射する光の一部は直接撮像素子34に結像されずに、レンズ鏡筒31の内周面に入射することとなる。このため、レンズ鏡筒31の内周面の光反射率が高い場合は、内周面において反射光(迷光)が生じ、それに起因してゴーストやフレア等が生じる虞がある。
In principle, the imaging
このところ、本実施形態3において、レンズ鏡筒31は、筒状に形成された鏡筒本体35と、鏡筒本体35の内周面を覆うように形成され、可視光を透過させる保護膜38とにより構成されている。鏡筒本体35の内周面には全面にわたって、反射防止凹凸構造(所謂SWS)36が形成されている。反射防止凹凸構造36は、各々レンズ鏡筒31の延びる方向に相互に並行に延びる複数の微細な線条凸部37が周面に沿って規則的に配列されてなるものである。詳細には、複数の線条凸部37は、結像光学系32からの光の波長以下のピッチ(ピッチ:隣接する線条凸部37相互間の頂部間の距離)で配列されている。具体的に、例えば、結像光学系32に可視光(波長が400nm以上700nm以下の光)が入射する場合、その入射光のうちで反射を抑制しようとする光(例えば、撮像素子34が450nm以下の光を検出しないようなものである場合は、450nm以上の光とすることができる)のうち最も短波長な光の波長以下のピッチで配列されている。
In the third embodiment, the
且つ、鏡筒本体35は結像光学系32からの光を吸収するように構成されている。具体的には、鏡筒本体35は光吸収性材料(例えば、黒色染料や黒色顔料等)を含む構成とされている。このため、入射光の内周面における反射が効果的に抑制され、レンズ鏡筒31への入射光が鏡筒本体35によって高い吸収率で吸収される。従って、内周面における反射光等に起因する迷光の発生を抑制することができる。その結果、ゴーストやフレア等の発生を効果的に抑制することができ、高い光学性能を有する撮像装置5を実現することができる。
The
また、本実施形態3では、図17に示すように、反射防止凹凸構造36の上に、反射防止凹凸構造36を被覆するように保護膜38が形成されているため、上記実施形態1で説明したように高い耐環境性を実現することができる。また、レンズ鏡筒31の内周面近傍の表層部において屈折率分布をよりなだらかにすることができるため、レンズ鏡筒31における反射光の発生をより効果的に抑制することができる。従って、撮像装置5のより高い光学性能を実現することができる。
In the third embodiment, as shown in FIG. 17, the
尚、さらに高い光学性能を実現する観点からSWS36が形成されるレンズ鏡筒31の内周面を粗面に形成しておくことが好ましい。そうすることによって、内周面における反射率の入射角依存性をより低減できると共に、正反射成分もより効果的に低減することができる。
In addition, it is preferable to form the inner peripheral surface of the
(実施形態4)
図18は本実施形態4に係る光ピックアップ装置6の主要部の構成を表す図である。(Embodiment 4)
FIG. 18 is a diagram illustrating a configuration of a main part of the
図19は対物レンズ46の断面図である。
FIG. 19 is a cross-sectional view of the
本実施形態4に係る光ピックアップ装置6は、情報記録媒体(例えば、光ディスク等)47の情報記録面47aにレーザ光を合焦させて、情報記録面47aにおける反射光を検出することにより情報記録面47aに記録された情報を読み出し可能に構成されたものである。
The
光ピックアップ装置6は、レーザ光源41と、コリメータ42と、ビームスプリッタ43と、対物光学系を構成する対物レンズ46と、検出器45とを備えている。コリメータ42はレーザ光源41から射出されたレーザ光を平行光にする機能を有するものである。コリメータ42により平行光に変換されたレーザ光はビームスプリッタ43を透過して対物レンズ46に入射する。対物レンズ46はレーザ光を設置された情報記録媒体47の情報記録面47aに合焦させるためのものである。対物レンズ46により合焦されたレーザ光は情報記録面47aにより反射される。その反射光は対物レンズ46を透過してビームスプリッタ43に入射する。このビームスプリッタ43に設けられた反射面で反射され、反射光は検出器45に導かれる。検出器45において反射光が検出され、検出された反射光に基づいてデータの読み出しが行われる。
The
尚、本実施形態4では、1種類の情報記録媒体47に対してレーザ光の合焦を行うタイプの光ピックアップ装置6を例に挙げて本発明例を説明するが、例えば、複数種類の情報記録媒体47のそれぞれに対してレーザ光を合焦可能な所謂互換タイプのものであってもよい。
In the fourth embodiment, an example of the present invention will be described by taking an
ところで、上述のように、対物レンズ46に入射するレーザ光は対物レンズ46を透過する。しかしながら、対物レンズ46の両レンズ面に反射防止処理が施されてなければ、対物レンズ46の両レンズ面においてレーザ光の一部が反射されることとなる。対物レンズ46の両レンズ面においてレーザ光の一部が反射されると、検出器45において検出されるレーザ光の光量が低下するため、検出精度が低下する傾向にある。その結果、ノイズ等が生じる虞がある。
Incidentally, as described above, the laser light incident on the
このところ、本実施形態4では、対物レンズ46は、レンズ本体48と、レンズ本体48の各レンズ面の上に各レンズ面を覆うように設けられた保護膜51a、51bとを備えている。そして、レンズ本体48のレーザ光源41側のレンズ面48aの少なくとも光学有効径内には複数の微細な錐体状凸部50が規則的に配列されてなる反射防止凹凸構造49が形成されている。詳細には、複数の錐体状凸部50は、レーザ光源41から射出されるレーザ光の波長以下のピッチ(最も近接して位置する錐体状凸部50相互間における頂点間距離)で配列(例えば、正方配列又は三角格子状に配列)されている。
In the fourth embodiment, the
また、レンズ本体48の情報記録媒体47側のレンズ面48bの少なくとも光学有効径内にも複数の微細な錐体状凸部50が規則的に配列されてなる反射防止凹凸構造49が形成されている。詳細には、複数の錐体状凸部50は、レーザ光源41から射出されるレーザ光の波長以下のピッチ(最も近接して位置する錐体状凸部50相互間における頂点間距離)で配列(例えば、正方配列又は三角格子状に配列)されている。
Further, an antireflection concavo-
このため、対物レンズ46の両レンズ面におけるレーザ光の反射を抑制することができる。その結果、検出器45において検出されるレーザ光の光量を比較的多くすることができ、ノイズの発生を効果的に抑制することができる。従って、高い光学性能を有する光ピックアップ装置6を実現することができる。
For this reason, the reflection of the laser beam on both lens surfaces of the
また、本実施形態4では、レンズ本体48の各レンズ面の上に反射防止凹凸構造49を被覆するように保護膜51a及び51bが形成されている。このため、上記実施形態1で説明したように、高い耐環境性及びより高い反射抑制効果を実現することができる。従って、より高い光学性能を有する光ピックアップ装置6を実現することができる。
In the fourth embodiment,
尚、反射防止凹凸構造49のピッチがレンズ面48a、46bの少なくとも光学有効径内においてレーザ光の波長以下である限りにおいて、反射防止凹凸構造49のピッチがレンズ面48a、46bの光学有効径内の全域にわたって略一定であってもよい(すなわち周期的であってもよい)。また、反射防止凹凸構造49のピッチが光学有効径内の各所によって相互に異なっていてもよい。すなわち、反射防止凹凸構造49は非周期的であってもよい。反射防止凹凸構造49を非周期的なものにすることによってレンズ面48a、46bにおける回折光の発生を効果的に抑制することができる。
As long as the pitch of the antireflection concavo-
以上、実施形態3、4において、本発明を実施した光学部材を備えた光学装置の例として撮像装置及び光ピックアップ装置を例に挙げて説明したが、本発明は、その他、光走査装置等の各種光学装置にも適用できるものである。 As described above, in the third and fourth embodiments, the imaging device and the optical pickup device have been described as examples of the optical device including the optical member according to the present invention. However, the present invention is not limited to the optical scanning device or the like. The present invention can also be applied to various optical devices.
本発明に係る光学部材は、反射防止効果及び高い耐環境性を有し、レンズ鏡筒や、レンズ等に代表される光学素子等として有用である。本発明に係る光学部材を用いることによって、高品位な結像光学系、対物光学系、走査光学系、ピックアップ光学系等の各種光学系、レンズ鏡筒ユニット、光ピックアップユニット、撮像ユニット等の各種光学ユニット、及び撮像装置、光ピックアップ装置、光走査装置等を実現することが可能となる。 The optical member according to the present invention has an antireflection effect and high environmental resistance, and is useful as a lens barrel, an optical element represented by a lens, and the like. By using the optical member according to the present invention, various optical systems such as a high-quality imaging optical system, objective optical system, scanning optical system, and pickup optical system, lens barrel unit, optical pickup unit, and imaging unit An optical unit, an imaging device, an optical pickup device, an optical scanning device, and the like can be realized.
本発明は光学部材及びそれを備えた光学装置に関する。特に、本発明は入射光の反射を抑制する反射防止凹凸構造が表面に形成された光学部材及びそれを備えた光学装置に関する。 The present invention relates to an optical member and an optical device including the same. In particular, the present invention relates to an optical member having an antireflection concavo-convex structure formed on a surface for suppressing reflection of incident light, and an optical device including the same.
近年、光の反射を抑制する反射防止処理が表面に施された種々の光学素子が提案されている。反射防止処理としては、例えば、屈折率の比較的低い膜(低屈折率膜)や、低屈折率膜と屈折率の比較的高い膜(高屈折率膜)とを交互に積層してなる多層膜等で構成された反射防止多層膜を表面に形成する処理が挙げられる(例えば、特許文献1等)。 In recent years, various optical elements in which antireflection treatment for suppressing light reflection is performed on the surface have been proposed. As the antireflection treatment, for example, a multilayer formed by alternately laminating a film having a relatively low refractive index (low refractive index film) or a film having a low refractive index and a film having a relatively high refractive index (high refractive index film). A treatment for forming an antireflection multilayer film composed of a film or the like on the surface (for example, Patent Document 1).
しかしながら、低屈折率膜や反射防止多層膜は、その形成に際して蒸着工程やスパッタリング工程等の煩雑な工程を要する。このため、生産性が低く、生産コストが高いという問題がある。また、低屈折率膜や多層膜からなる反射防止膜は、その反射抑制特性に波長依存性及び入射角依存性が大きいという問題もある。 However, the low refractive index film and the antireflection multilayer film require complicated processes such as a vapor deposition process and a sputtering process in forming the low refractive index film and the antireflection multilayer film. For this reason, there are problems that productivity is low and production cost is high. In addition, an antireflection film composed of a low refractive index film or a multilayer film also has a problem that its reflection suppression characteristics are highly wavelength dependent and incident angle dependent.
このような問題に鑑み、反射抑制特性の入射角依存性及び波長依存性の比較的小さな反射防止処理として、例えば、光学部材の表面に入射光の波長以下のピッチで微細構造(例えば、規則的に配列された線条凹部又は線条凸部からなる微細構造や、規則的に配列された錐体状又は柱状の凹部又は凸部からなる微細構造等。以下、このような微細構造が複数配列されてなる構造を「反射防止凹凸構造:SWS(Subwavelength Structured Surface)」とすることがある。)を形成する処理が提案されている(例えば、非特許文献1、2等)。SWSを表面に形成することによって、界面における急激な屈折率変化が抑制され、界面に緩やかな屈折率分布を形成することが可能となる。このため、特許文献1、2に記載された処理によれば、高い反射抑制効果を得ることができる。
しかしながら、SWSが表面に形成された光学部材(以下、「反射防止構造体」とすることがある。)は耐環境性(機械的耐久性及び化学的耐久性)が十分ではなく、製品寿命が短いという問題がある。特に、反射防止構造体がガラス製である場合は、化学的耐久性(耐水性、耐酸性等)が劣悪であり、白ヤケや青ヤケなどが生じる虞がある。 However, the optical member having SWS formed on the surface (hereinafter sometimes referred to as “antireflection structure”) does not have sufficient environmental resistance (mechanical durability and chemical durability), and has a product life span. There is a problem of being short. In particular, when the antireflection structure is made of glass, chemical durability (water resistance, acid resistance, etc.) is inferior, and there is a possibility that white burn, blue burn, or the like may occur.
本発明は斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、耐環境性に優れた反射防止構造体を提供することにある。 This invention is made | formed in view of such a point, The place made into the objective is to provide the antireflection structure excellent in environmental resistance.
上記目的を解決するために、本発明に係る光学部材は、微細な凸部又は凹部が複数配列されてなり、入射光の反射を抑制する反射防止凹凸構造が表面に形成された光学部材本体と、光学部材本体の表面を被覆し、入射光を透過させる保護膜とを備えていることを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned object, an optical member according to the present invention includes an optical member body in which a plurality of fine convex portions or concave portions are arranged, and an antireflection uneven structure that suppresses reflection of incident light is formed on the surface. And a protective film that covers the surface of the optical member body and transmits incident light.
ここで、本明細書において、「入射光を透過させる」とは、入射光を実質的に100%の透過率で透過させる場合のみならず、ある程度(例えば、10%)以上の透過率で入射光を透過させる場合を含む概念であるものとする。 Here, in this specification, “transmitting incident light” means not only transmitting incident light with a transmittance of substantially 100%, but also incident with a transmittance of a certain degree (for example, 10%) or more. The concept includes the case of transmitting light.
また、本発明に係る光学装置は、上記本発明に係る光学部材を備えていることを特徴とする。 An optical device according to the present invention includes the optical member according to the present invention.
本発明によれば、耐環境性に優れた反射防止構造体を実現することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the antireflection structure excellent in environmental resistance is realizable.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(実施形態1)
図1は本実施形態1に係る光学部材(反射防止構造体)1の平面図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a plan view of an optical member (antireflection structure) 1 according to the first embodiment.
図2は図1中の切り出し線II−IIで切り出した部分の断面図である。 FIG. 2 is a cross-sectional view of a portion cut out along a cut line II-II in FIG.
本実施形態1に係る光学部材1は、平板状で光透過性の(入射光を透過させる)光学部材本体10と、光透過性の(入射光を透過させる)保護膜20とを備えている。光学部材本体10の表面10aには、微細な凸部12が複数配列されてなり、入射光の反射を抑制する反射防止凹凸構造(以下、「SWS」とすることがある。)11が形成されている。尚、反射防止凹凸構造11は、光学部材本体10の表面10a近傍における屈折率変化をなだらかにするような形状のものであれば特に限定されるものではない。例えば、凸部12は、円錐状、角錐状、円柱状、角柱状、円錐台状、ドーム状又は角錐台状であってもよい。また、反射防止凹凸構造11を円錐状、角錐状、円柱状、角柱状、円錐台状、ドーム状又は角錐台状の凹部を複数配列して構成してもよいし、相互に並行に延びる線条凸部又は凹部により構成してもよい。
The
SWS11が形成された表面10aは、保護膜20によって被覆されている。従って、光学部材1の高い耐環境性を実現することができる。保護膜20がない場合、微細な凸部12は他の部材等と衝突することにより非常に変形・破損しやすいものであるところ、その微細な凸部12を保護膜20で被覆することによって、他の部材等と衝突した場合の凸部12の変形・破損を効果的に抑制することができる。その結果、高い機械的耐久性を実現することができる。
The
また、例えば、保護膜20を光学部材本体10よりも化学的耐久性の高いものとすることによって、光学部材1の化学的変性(ヤケ等)も効果的に抑制することができ、機械的耐久性に優れると共に、化学的耐久性にも優れた光学部材1を実現することが可能となる。特に、光学部材本体10がヤケ等の化学的変性が生じやすいガラス製である場合は、化学的耐久性が比較的高い樹脂等からなる保護膜20を表面10a上に形成しておくことが好ましい。そうすることによって、ガラス製の光学部材本体10を外気(例えば、酸素や水分等)から遮断することができ、光学部材本体10の化学的な変性等を効果的に抑制することができる。従って、光学部材1の寿命を比較的長くすることができる。尚、本明細書において、「化学的耐久性が高い」とは、耐水性及び/又は耐酸性が高いことをいう。
In addition, for example, by making the
また、保護膜20の入射光の波長における屈折率を光学部材本体10の同屈折率よりも低く設定することにより、光学部材1の反射率を低下させることができる。例えば、高屈折率の光学部材の表面における反射率をR1とすると、その光学部材の表面に光学部材の屈折率よりも低い屈折率の低屈折率層を形成した場合の光学部材の表面における反射率と低屈折率層表面における反射率との合計の反射率R2は、R1よりも小さくなる。すなわち、光学部材の表面に光学部材よりも屈折率が低い層を設けることによって、光学部材から生じる合計の反射率を小さくすることができる。そして、この反射率低減効果は、光学部材の表面の上に積層する低屈折率層(但し、光学部材本体10から離れるほど低屈折率層の屈折率が低くなるように設定する)の層数が多くなればなるほど大きくなる。このところ、本実施形態1では、光学部材本体10の表面10aにはSWS11が形成されており、さらに、表面10aを覆うように保護膜20が形成されている。そして、SWS11が形成されている表層部分の実効屈折率は、光学部材本体10を構成する材料自体の屈折率と保護膜20の材料自体の屈折率との中間となる。従って、本実施形態1のように、表面10aにSWS11を形成すると共に、その表面10aの上に光学部材本体10の屈折率よりも低い屈折率の保護膜20を設けることによって、表面10aの上に、光学部材本体10よりも低い屈折率の層(SWS11が形成されている表層部分の層)が形成されており、さらにその層の上に、その層よりもさらに屈折率が低い層(SWS11の上に位置し、保護層20のみで構成されている部分)が形成されている状態を形成することができる。その結果、表面10aにSWS11を形成し保護膜20を形成しなかった場合や、SWS11を形成せず保護膜20のみを形成した場合よりも光学部材1の反射率をさらに低減することができる。
Moreover, the reflectance of the
さらに、保護膜20を、保護膜20の表面20aにおける反射光の位相と、光学部材本体10の表面10aにおける反射光の位相とが入射光の波長の半分だけずれるような厚みのものとすることが好ましい。具体的には、保護膜20の膜厚を、光学部材本体10の表面10aにおける反射光と保護膜20の表面20aにおける反射光の実質上の光路差が入射光の波長の1/2だけずれるように設定することが好ましい。そうすることによって、保護膜20の表面20aにおける反射光と光学部材本体10の表面10aにおける反射光とを干渉させて弱めることができる。この結果、光学部材1の反射率をより低減することができる。この場合、反射防止凹凸構造11の形状を変化させることにより光学部材本体10の表面10aで生じる反射光の強度を保護膜20の表面20aで生じる反射光の強度と実質的に等しくすることが特に好ましい。そうすることによって、実質的に反射光を生じさせないようにすることができる。すなわち、無反射構造体を実現することも可能となる。
Further, the
また、保護膜20の膜厚を調整することによって、ある波長における反射率を選択的に低減させることや、波長依存性を低減させることも可能となる。
Further, by adjusting the film thickness of the
以下、本実施形態1に係る光学部材1の具体的構成について、図1、図2を参照しながらより詳細に説明する。
Hereinafter, the specific configuration of the
本実施形態1において、光学部材本体10は、実質的にガラスからなるものであり、その表面10aには反射防止凹凸構造11が形成されている。反射防止凹凸構造11は、円柱状の凸部12が複数規則的に配列されてなる。より具体的に、本実施形態1では、複数の凸部12は、入射光の波長(詳細には、入射光が単一の波長の光でない場合は、入射光の最短波長)以下の周期(ピッチ)Λで相互に離間してマトリクス状に配列(正方配列)されている。そして、凸部12の高さt1は入射光の波長の0.4倍以上(詳細には、入射光が単一の波長の光でない場合は、入射光の最長波長の0.4倍以上)に設定されている。このため、表面10aの表層部に緩やかに屈折率が変化する層が形成され、保護膜20を介して表面10aに入射する入射光の反射が効果的に抑制されることとなる。
In the first embodiment, the
尚、本実施形態1のように、凸部12が柱状である場合であっても、凸部12を設けることによって、凸部12が存在する表層部分の実行屈折率を低下させることができる。従って、入射光の反射を効果的に低減することができる。
In addition, even if it is a case where the
この表面10aの上に、表面10aを被覆するように実質的に樹脂からなる保護膜20が形成されている。具体的に、本実施形態1では、保護膜20は、複数配列された凸部12相互間の凹部を埋め、保護膜20の光学部材本体10側とは反対側の表面20aが滑面(凹凸のない面、本実施形態1においては平滑面等)となるように形成されている。このため、この保護膜20によって、凸部12は外部からの衝撃や振動から保護され、凸部12の変形や損傷が効果的に抑制される。従って、高い機械的耐久性を実現することができる。
On this
ところで、一般的に、ガラスは化学的耐久性(耐水性や耐酸性)が低く、ガラス材が露出していると白ヤケや青ヤケが発生する。それに対して、樹脂はガラスよりも化学的耐久性が高いため、実質的に樹脂からなる保護膜20によって光学部材10を被覆することによって、実質的にガラスからなる光学部材本体10の化学的変性(ヤケ等)を効果的に抑制することができる。
By the way, in general, glass has low chemical durability (water resistance and acid resistance), and when the glass material is exposed, white burn or blue burn is generated. On the other hand, since resin has higher chemical durability than glass, chemical modification of optical member
本実施形態1において、保護膜20は、その入射光の波長における屈折率が光学部材本体10の同屈折率より低いものである。このため、上述のように光学部材本体10の表面10aの上に光学部材本体10よりも低屈折率な層が2層積層されているような状態となる。従って、光学部材1の反射率を効果的に低減することができる。
In the first embodiment, the
凸部12の頂部から表面20aまでの距離(本明細書では、この距離を保護膜20の膜厚と規定する)t2は、光学部材1の反射率と、光学部材1の反射率の波長依存性との両方に相関する。例えば、入射光が単一の波長の光である場合、保護膜20の膜厚t2を、光学部材本体10の表面10aで生じる反射光の位相と保護膜20の表面20aで生じる反射光の位相との差が入射光の波長の半分(1/2)となるように設定することによって、表面10aで生じる反射光と表面20aで生じる反射光とを干渉させて弱めることができる。従って、このように保護膜20の膜厚t2を設定することによって、ある波長の入射光に対する光学部材1の反射率をより効果的に低減することができる。この場合、凸部12の高さt1を、表面10aで生じる反射光の強度と表面20aで生じる反射光の強度とを実質的に等しくなるようなものとすることが特に好ましい。そうすることによって、光学部材1の反射率を実質的にゼロにすることが可能となる。
Distance from the top of the
但し、このように保護膜20の膜厚t2を設定した場合、他の波長の入射光に対しては光学部材本体10の表面10aで生じる反射光の位相と保護膜20の表面20aで生じる反射光の位相との差が入射光の波長の半分(1/2)とはならないため、光学部材1の反射率の波長依存性は比較的大きくなる。
However, if you set the thickness t 2 of
以下、保護膜20の膜厚t2等の条件を変化させることにより、光学部材1の反射率やその波長依存性を変化させることができることについて具体例を挙げてさらに具体的に説明する。
Hereinafter, by changing the conditions of the film thickness t 2, etc. of the
図3は、周期Λ:300nm、光学部材本体10の波長589nmにおける屈折率:2.00136、保護膜20の波長589nmにおける屈折率:1.37986、t1:150nm、t2:110nm、凸部12の頂部の直径f:90.5nmとした場合の、入射角0°の入射光に対する光学部材1の反射率と入射光の波長の相関を表すグラフである。尚、保護膜20の分散は下記数式(1)により規定される。また、光学部材本体10の分散は下記数式(2)により規定される。
n2−1=K1λ2/(λ2−L1)+K2λ2/(λ2−L2)+K3λ2/(λ2−L3) ・・・(1)
但し、
K1=0.48755108、
K2=0.39875031、
K3=2.3120353、
L1=0.00600069867、
L2=0.00895188847、
L3=566.135591、
である。
n2=a0+a1λ2++a2λ−2+a3λ−4+a4λ−6+a5λ−8 ・・・(2)
但し、
a0=3.7871725、
a1=−0.020974414、
a2=0.059258017、
a3=0.0079700797、
a4=−0.00070884578、
a5=7.9345324e−005、
である。
FIG. 3 shows a period Λ: 300 nm, a refractive index of the
n 2 −1 = K 1 λ 2 / (λ 2 −L 1 ) + K 2 λ 2 / (λ 2 −L 2 ) + K 3 λ 2 / (λ 2 −L 3 ) (1)
However,
K 1 = 0.487555108,
K 2 = 0.398775031,
K 3 = 2.3120353,
L 1 = 0.00600069867,
L 2 = 0.00895188847,
L 3 = 566.135559,
It is.
n 2 = a 0 + a 1 λ 2 ++ a 2 λ −2 + a 3 λ −4 + a 4 λ −6 + a 5 λ −8 (2)
However,
a 0 = 3.778725,
a 1 = −0.020974414,
a 2 = 0.0592558017,
a 3 = 0.0079700797,
a 4 = −0.00070884578,
a 5 = 7.9345324e-005,
It is.
図4は図3と同条件における入射光(波長:589nm)の入射角と反射率との相関を表すグラフである。 FIG. 4 is a graph showing the correlation between the incident angle of incident light (wavelength: 589 nm) and the reflectance under the same conditions as in FIG.
図5は、周期Λ:300nm、光学部材本体10の波長589nmにおける屈折率:2.00136、保護膜20の波長589nmにおける屈折率:1.37986、t1:150nm、t2:140nm、凸部12の頂部の直径f:135nmとした場合の、入射角0°の入射光に対する光学部材1の反射率と入射光の波長の相関を表すグラフである。尚、保護膜20の分散は上記数式(1)により規定される。また、光学部材本体10の分散は上記数式(2)により規定される。
FIG. 5 shows a period Λ: 300 nm, a refractive index of the
図6は図5と同条件における入射光(波長:589nm)の入射角と反射率との相関を表すグラフである。 FIG. 6 is a graph showing the correlation between the incident angle of incident light (wavelength: 589 nm) and the reflectance under the same conditions as in FIG.
尚、図3乃至図6において、Aは本実施形態1の光学部材1の反射率を示している。Bは、SWS11を設けず、平坦な表面10a上に保護膜20を形成した場合の反射率を示している。Cは保護膜20を設けなかった場合の反射率を示している。また、Dは、保護膜20を設けず、且つ、凸部12の高さt1を半分にした場合の反射率を示している。
3 to 6, A indicates the reflectance of the
ここで、図3及び図4に示すグラフ(A)の条件は、波長589nmの入射光が入射した際に、光学部材本体10の表面10aで生じる反射光の位相と保護膜20の表面20aで生じる反射光の位相との差が入射光の波長の半分(1/2)となり、且つその場合の表面10aで生じる反射光と表面20aで生じる反射光との強度が相互に略同一となるような条件である。このような条件に設定することによって、図3、4に示すように、波長589nmの垂直入射光(入射角0°の入射光)の反射をほぼ完全に抑制することができる。
Here, the conditions of the graph (A) shown in FIGS. 3 and 4 are the phase of the reflected light generated on the
また、図4に示すように、保護膜20を設けることによって、保護膜20を設けない場合(C,D)よりも、特に小さな入射角の入射光の反射を効果的に抑制することができる。但し、図3に示すように、保護膜20を設けない場合(CやDの場合)よりも反射率の波長依存性が大きくなる傾向にある。
In addition, as shown in FIG. 4, by providing the
それに対して、図5及び図6に示すグラフ(A)の条件では、図3等に示す場合とは異なり、図5に示すように、光学部材1の反射率が実質的にゼロとなるような波長は現れなくなるものの、反射率の波長依存性をより低減することができる。図5及び図6に示す条件では、保護膜20を設けない場合よりもさらに反射率の波長依存性を低減することができることがわかる。
On the other hand, under the conditions of the graph (A) shown in FIGS. 5 and 6, unlike the case shown in FIG. 3 and the like, the reflectance of the
以上、本実施形態1では、光学部材本体10が入射光を透過させるものである場合を例に挙げて本発明を実施した好ましい形態の一例について説明したが、本発明はこの構成に限定されるものではない。例えば、光学部材本体10は入射光を吸収するもの、所謂黒体であってもよい。その場合であっても、保護膜20を設けることにより、耐環境性を向上することができる。また、光反射率をより効果的に低減することができる。
As described above, in the first embodiment, an example of a preferable embodiment in which the present invention is implemented is described by taking the case where the optical member
また、本実施形態1では、凸部12がマトリクス状に正方配列されている例について説明したが、凸部12の配列は特にこれに限定されるものではなく、例えば、三角格子状(デルタ状)に配列されていてもよい。凸部12の配列は、凸部12(反射防止凹凸構造11)が形成されている表層部分においてなだらかな屈折率変化が生じる限りにおいて特に限定されるものではない。
In the first embodiment, the example in which the
また、本実施形態1では、SWS11が形成されている面が平面である光学部材1を例に挙げて説明したが、下記実施形態に示すように、SWS11が設けられる面の形状は特に限定されるものではなく、また本発明に係る光学部材の形状も特に限定されるものではない。
In the first embodiment, the
(変形例1)
図7は本変形例1に係る光学部材2の断面図である。
(Modification 1)
FIG. 7 is a cross-sectional view of the
本変形例1に係る光学部材2は上記実施形態1に係る光学部材1と保護膜20の構成を除いては同様の構成を有する。ここでは、本変形例1における保護膜20の構成について詳細に説明する。尚、本変形例1の説明において、実質的に同じ機能を有する構成要素を実施形態1と共通の参照符号で説明し、説明を省略する。
The
上記実施形態1では、保護膜20は、比較的厚いものであり、複数の凸部12相互間に形成される凹部を埋めると共に、表面20aが滑面(例えば、平滑面)となるように形成されている。しかし、本発明はこの構成に限定されるものではなく、例えば、本変形例2のように、保護膜20は、比較的薄く、反射防止凹凸構造11に沿った形状に形成されていてもよい。すなわち、表面20aに反射防止凹凸構造11に対応した凹凸が形成されていてもよい。この場合であっても、上記実施形態1の場合と同様に高い化学的耐久性を実現することができる。また、保護膜20を設けない場合よりも高い機械的耐久性を実現することができる。
In the first embodiment, the
また、上記実施例1の場合と同様に、保護膜20の層厚や凸部12の形状を適宜調整することによって、反射率の更なる効果的な低減や反射率の波長依存性の低減を図ることができる。
Further, as in the case of Example 1 described above, the layer thickness of the
(実施形態2)
図8は本実施形態2に係る光学部材3の平面図である。
(Embodiment 2)
FIG. 8 is a plan view of the
図9は図8中の切り出し線IX−IXで切り出した部分の断面図である。 FIG. 9 is a cross-sectional view of a portion cut out by a cut line IX-IX in FIG.
本実施形態2に係る光学部材3は、上記実施形態1に係る光学部材1と反射防止凹凸構造11の形状を除いては同様の形態を有するものである。ここでは、本実施形態2における反射防止凹凸構造11の形状について詳細に説明する。尚、本実施形態2の説明において、実質的に同じ機能を有する構成要素を実施形態1と共通の参照符号で説明し、説明を省略する。
The
図8及び図9に示すように、本実施形態2では、反射防止凹凸構造(SWS)11は、マトリクス状に密に配列された複数のドーム状の凸部12によって構成されている。本実施形態2のように、複数のドーム状の凸部12によって反射防止凹凸構造11を構成することによって、複数の柱状の凸部12によって反射防止凹凸構造11を構成する場合より、表層部における屈折率変化をよりなだらかにすることができる。また、表面10aにおいて入射光が乱反射することとなる。従って、表面10aにおける反射率をより低減することができる。
As shown in FIGS. 8 and 9, in the second embodiment, the antireflection concavo-convex structure (SWS) 11 is constituted by a plurality of dome-shaped
また、光学部材3の反射率の反射率の波長依存性をより低減することができる。さらに、光学部材3の反射率の入射角依存性をより低減することができ、比較的大きな入射角の入射光に対しても高い反射抑制効果を実現することができる。
Moreover, the wavelength dependence of the reflectance of the
尚、本実施形態2の場合、光学部材本体10の表面10aにおける反射率は表面10aに形成された凸部12の高さに相関する。具体的に、凸部12の高さが高くなるほど反射率は低くなり、逆に凸部12の高さが低くなるほど反射率は高くなる傾向にある。上述のように、低屈折率材料からなる保護膜20を設けることによって光学部材3の反射率(「光学部材の反射率」とは、表面10aに対して入射した光の強度に対する表面20aから射出される反射光(表面10aで生じる反射光と表面20aで生じる反射光との合成光)の強度をいう。)を低減することができるため、保護膜20を設けることによって凸部12の高さを低くした場合であっても所望の低反射率を実現することが可能となる。すなわち、保護膜20を設けることによって、凸部12の高さを比較的低くすることができ、光学部材3の製造を容易にすることができる。
In the second embodiment, the reflectance on the
以下、更なる具体例を挙げて本実施形態2に係る光学部材3の反射抑制効果について具体的に説明する。
Hereinafter, the reflection suppression effect of the
図10は、周期Λ:300nm、光学部材本体10の波長589nmにおける屈折率:1.51674、保護膜20の波長589nmにおける屈折率:1.10000、t1:150nm、t2:40nmとし、凸部12の形状をy=−ax2(aは任意の定数)に沿うようにした場合の、入射角0°の入射光に対する光学部材3の反射率と入射光の波長の相関を表すグラフである。但し、y軸は表面10aのベース面の法線方向に延び、x軸は凸部12の中心を通る断面内においてy軸と直交する方向に延びるものとする。また、保護膜20の屈折率の波長依存性はないものとしている。
In FIG. 10, the period Λ: 300 nm, the refractive index of the
図11は、図10と同条件における入射光(波長:589nm)の入射角と反射率との相関を表すグラフである。 FIG. 11 is a graph showing the correlation between the incident angle of incident light (wavelength: 589 nm) and the reflectance under the same conditions as in FIG.
尚、図10及び図11において、Aは本実施形態2の光学部材3の反射率を示している。Bは、SWS11を設けず、平坦な表面10a上に保護膜20を形成した場合の反射率を示している。Cは保護膜20を設けなかった場合の反射率を示している。また、Dは、保護膜20を設けず、且つ、凸部12の高さt1を半分にした場合の反射率を示している。
10 and 11, A indicates the reflectance of the
図10に示すように、本実施形態2の構成をとることによって、光学部材3の反射率及びその波長依存性をより効果的に低減することができる。また、図11に示すように光学部材3の反射率の入射角依存性をより低減することができ、比較的入射角の大きな入射光に対する反射率をも効果的に低減することができる。
As shown in FIG. 10, the reflectance of the
(変形例2)
図12は本変形例2に係る光学部材4の断面図である。
(Modification 2)
FIG. 12 is a cross-sectional view of the
図13は、周期Λ:300nm、光学部材本体10の波長589nmにおける屈折率:2.00136、保護膜20の波長589nmにおける屈折率:1.49169、t1:300nm、t2:89nm、t3:243nmとし、凸部12の形状をy=−ax2(aは任意の定数)に沿うようにした場合の、入射角0°の入射光に対する光学部材4の反射率と入射光の波長の相関を表すグラフである。また、保護膜20の分散は下記数式(3)により規定される。また、光学部材本体10の分散は下記数式(4)により規定される。
n2=a0+a1λ2++a2λ−2+a3λ−4+a4λ−6+a5λ−8 ・・・(3)
但し、
a0=2.1864582、
a1=−0.00024475348、
a2=0.014155787、
a3=−0.00044329781、
a4=7.7664259e−005、
a5=−2.9936382e−006、
である。
n2=a0+a1λ2++a2λ−2+a3λ−4+a4λ−6+a5λ−8 ・・・(4)
但し、
a0=3.7871725、
a1=−0.020974414、
a2=0.059258017、
a3=0.0079700797、
a4=−0.00070884578、
a5=7.9345324e−005、
である。
FIG. 13 shows a period Λ: 300 nm, a refractive index of the
n 2 = a 0 + a 1 λ 2 +++ a 2 λ −2 + a 3 λ −4 + a 4 λ −6 + a 5 λ −8 (3)
However,
a 0 = 2.1864582,
a 1 = −0.00024475348,
a 2 = 0.0145155787,
a 3 = −0.000443297981,
a 4 = 7.7664259e-005,
a 5 = −2.9936382e-006,
It is.
n 2 = a 0 + a 1 λ 2 ++ a 2 λ −2 + a 3 λ −4 + a 4 λ −6 + a 5 λ −8 (4)
However,
a 0 = 3.778725,
a 1 = −0.020974414,
a 2 = 0.0592558017,
a 3 = 0.0079700797,
a 4 = −0.00070884578,
a 5 = 7.9345324e-005,
It is.
図14は、図13と同条件における入射光(波長:589nm)の入射角と反射率との相関を表すグラフである。 FIG. 14 is a graph showing the correlation between the incident angle of incident light (wavelength: 589 nm) and the reflectance under the same conditions as in FIG.
尚、図13及び図14において、Aは本変形例2の光学部材4の反射率を示している。Bは、SWS11を設けず、平坦な表面10a上に保護膜20を形成した場合の反射率を示している。Cは保護膜20を設けなかった場合の反射率を示している。また、Dは、保護膜20を設けず、且つ、凸部12の高さt1を半分にした場合の反射率を示している。
In FIGS. 13 and 14, A represents the reflectance of the
本変形例2に係る光学部材4は上記実施形態2に係る光学部材3と保護膜20の構成を除いては同様の構成を有する。ここでは、本変形例2における保護膜20の構成について詳細に説明する。尚、本変形例2の説明において、実質的に同じ機能を有する構成要素を実施形態1、2と共通の参照符号で説明し、説明を省略する。
The
上記実施形態2では、保護膜20は、比較的厚いものであり、複数の凸部12相互間に形成される凹部を埋めると共に、表面20aが滑面(例えば、平滑面)となるように形成されている。しかし、本発明はこの構成に限定されるものではなく、例えば、本変形例2のように、保護膜20は、比較的薄く、反射防止凹凸構造11に沿った形状に形成されていてもよい。すなわち、表面20aに反射防止凹凸構造11に対応した凹凸が形成されていてもよい。この場合であっても、上記実施形態2の場合と同様に高い化学的耐久性を実現することができる。また、保護膜20を設けない場合よりも高い機械的耐久性を実現することができる。
In the second embodiment, the
また、図13、図14に示すように、上記実施例1の場合と同様に、保護膜20の層厚や凸部12の形状を適宜調整することによって、反射率の更なる効果的な低減や反射率の波長依存性の低減を図ることができる。
Further, as shown in FIGS. 13 and 14, as in the case of the first embodiment, the reflectance can be further effectively reduced by appropriately adjusting the layer thickness of the
次に、本発明を実施した光学部材を用いた光学装置について、実施形態3、4を例に挙げて説明する。 Next, an optical device using the optical member embodying the present invention will be described by taking Embodiments 3 and 4 as examples.
(実施形態3)
図15は本実施形態3に係る撮像装置5の主要部の構成を表す図である。
(Embodiment 3)
FIG. 15 is a diagram illustrating a configuration of a main part of the
図15に示すように、本実施形態3に係る撮像装置5は、装置本体33と、レンズ鏡筒ユニット30と、撮像素子34とを備えている。レンズ鏡筒ユニット30は、筒状(詳細には円筒状)のレンズ鏡筒31と、レンズ鏡筒31の内部に収納された結像光学系32とを備えている。結像光学系32は、像側(図15において左側)からレンズ鏡筒31内に入射する光を結像するためのものである。本実施形態3では、結像光学系32は、具体的に、第1のレンズ32a、第2のレンズ32b及び第3のレンズ32cにより構成されている。尚、結像光学系32を構成するレンズ32a〜32cは、それぞれ光軸上に変位不能に配置されていてもよい。また、レンズ32a〜32cのうち少なくともひとつが光軸上を変位可能に構成されており、フォーカシングや変倍が可能な構成としてもよい。
As illustrated in FIG. 15, the
レンズ鏡筒ユニット30は、装置本体33に取り付けられている。レンズ鏡筒ユニット30は装置本体33に対して着脱可能であってもよく、また、装置本体33に脱離不能に取り付けられていてもよい。
The
装置本体33には、撮像素子34が設けられている。撮像素子34は結像光学系32の光軸上に配置されている。詳細には、撮像素子34は撮像面を有し、その撮像面に結像光学系32によって光学像が結像されるように配置されている。撮像素子34は光検出器としての機能を有するものである。詳細には、撮像素子34は光学像に結像された光学像を検出して、光学像に対応した電気信号を出力する機能を有するものである。撮像素子34は、例えば、CCD(charge coupled device)、COMS(complementary metal−oxide semiconductor)等により構成することができる。
The
本実施形態3では、撮像素子34から出力された電気信号は、装置本体33に収納された図示しない記録装置(例えば、ハードディスク等)に入力されて記録されるように構成されている。
In the third embodiment, the electrical signal output from the
図16はレンズ鏡筒31の斜視図である。
FIG. 16 is a perspective view of the
図17はレンズ鏡筒31の一部を拡大した断面図である。
FIG. 17 is an enlarged sectional view of a part of the
原則的に、結像光学系32は、結像光学系32に入射した光が撮像素子34の撮像面上に結像されるように設計されている。しかしながら、結像光学系32の最大画角以上の光など、結像光学系32に入射する光の一部は直接撮像素子34に結像されずに、レンズ鏡筒31の内周面に入射することとなる。このため、レンズ鏡筒31の内周面の光反射率が高い場合は、内周面において反射光(迷光)が生じ、それに起因してゴーストやフレア等が生じる虞がある。
In principle, the imaging
このところ、本実施形態3において、レンズ鏡筒31は、筒状に形成された鏡筒本体35と、鏡筒本体35の内周面を覆うように形成され、可視光を透過させる保護膜38とにより構成されている。鏡筒本体35の内周面には全面にわたって、反射防止凹凸構造(所謂SWS)36が形成されている。反射防止凹凸構造36は、各々レンズ鏡筒31の延びる方向に相互に並行に延びる複数の微細な線条凸部37が周面に沿って規則的に配列されてなるものである。詳細には、複数の線条凸部37は、結像光学系32からの光の波長以下のピッチ(ピッチ:隣接する線条凸部37相互間の頂部間の距離)で配列されている。具体的に、例えば、結像光学系32に可視光(波長が400nm以上700nm以下の光)が入射する場合、その入射光のうちで反射を抑制しようとする光(例えば、撮像素子34が450nm以下の光を検出しないようなものである場合は、450nm以上の光とすることができる)のうち最も短波長な光の波長以下のピッチで配列されている。
In the third embodiment, the
且つ、鏡筒本体35は結像光学系32からの光を吸収するように構成されている。具体的には、鏡筒本体35は光吸収性材料(例えば、黒色染料や黒色顔料等)を含む構成とされている。このため、入射光の内周面における反射が効果的に抑制され、レンズ鏡筒31への入射光が鏡筒本体35によって高い吸収率で吸収される。従って、内周面における反射光等に起因する迷光の発生を抑制することができる。その結果、ゴーストやフレア等の発生を効果的に抑制することができ、高い光学性能を有する撮像装置5を実現することができる。
The
また、本実施形態3では、図17に示すように、反射防止凹凸構造36の上に、反射防止凹凸構造36を被覆するように保護膜38が形成されているため、上記実施形態1で説明したように高い耐環境性を実現することができる。また、レンズ鏡筒31の内周面近傍の表層部において屈折率分布をよりなだらかにすることができるため、レンズ鏡筒31における反射光の発生をより効果的に抑制することができる。従って、撮像装置5のより高い光学性能を実現することができる。
In the third embodiment, as shown in FIG. 17, the
尚、さらに高い光学性能を実現する観点からSWS36が形成されるレンズ鏡筒31の内周面を粗面に形成しておくことが好ましい。そうすることによって、内周面における反射率の入射角依存性をより低減できると共に、正反射成分もより効果的に低減することができる。
In addition, it is preferable to form the inner peripheral surface of the
(実施形態4)
図18は本実施形態4に係る光ピックアップ装置6の主要部の構成を表す図である。
(Embodiment 4)
FIG. 18 is a diagram illustrating a configuration of a main part of the
図19は対物レンズ46の断面図である。
FIG. 19 is a cross-sectional view of the
本実施形態4に係る光ピックアップ装置6は、情報記録媒体(例えば、光ディスク等)47の情報記録面47aにレーザ光を合焦させて、情報記録面47aにおける反射光を検出することにより情報記録面47aに記録された情報を読み出し可能に構成されたものである。
The
光ピックアップ装置6は、レーザ光源41と、コリメータ42と、ビームスプリッタ43と、対物光学系を構成する対物レンズ46と、検出器45とを備えている。コリメータ42はレーザ光源41から射出されたレーザ光を平行光にする機能を有するものである。コリメータ42により平行光に変換されたレーザ光はビームスプリッタ43を透過して対物レンズ46に入射する。対物レンズ46はレーザ光を設置された情報記録媒体47の情報記録面47aに合焦させるためのものである。対物レンズ46により合焦されたレーザ光は情報記録面47aにより反射される。その反射光は対物レンズ46を透過してビームスプリッタ43に入射する。このビームスプリッタ43に設けられた反射面で反射され、反射光は検出器45に導かれる。検出器45において反射光が検出され、検出された反射光に基づいてデータの読み出しが行われる。
The
尚、本実施形態4では、1種類の情報記録媒体47に対してレーザ光の合焦を行うタイプの光ピックアップ装置6を例に挙げて本発明例を説明するが、例えば、複数種類の情報記録媒体47のそれぞれに対してレーザ光を合焦可能な所謂互換タイプのものであってもよい。
In the fourth embodiment, an example of the present invention will be described by taking an
ところで、上述のように、対物レンズ46に入射するレーザ光は対物レンズ46を透過する。しかしながら、対物レンズ46の両レンズ面に反射防止処理が施されてなければ、対物レンズ46の両レンズ面においてレーザ光の一部が反射されることとなる。対物レンズ46の両レンズ面においてレーザ光の一部が反射されると、検出器45において検出されるレーザ光の光量が低下するため、検出精度が低下する傾向にある。その結果、ノイズ等が生じる虞がある。
Incidentally, as described above, the laser light incident on the
このところ、本実施形態4では、対物レンズ46は、レンズ本体48と、レンズ本体48の各レンズ面の上に各レンズ面を覆うように設けられた保護膜51a、51bとを備えている。そして、レンズ本体48のレーザ光源41側のレンズ面48aの少なくとも光学有効径内には複数の微細な錐体状凸部50が規則的に配列されてなる反射防止凹凸構造49が形成されている。詳細には、複数の錐体状凸部50は、レーザ光源41から射出されるレーザ光の波長以下のピッチ(最も近接して位置する錐体状凸部50相互間における頂点間距離)で配列(例えば、正方配列又は三角格子状に配列)されている。
In the fourth embodiment, the
また、レンズ本体48の情報記録媒体47側のレンズ面48bの少なくとも光学有効径内にも複数の微細な錐体状凸部50が規則的に配列されてなる反射防止凹凸構造49が形成されている。詳細には、複数の錐体状凸部50は、レーザ光源41から射出されるレーザ光の波長以下のピッチ(最も近接して位置する錐体状凸部50相互間における頂点間距離)で配列(例えば、正方配列又は三角格子状に配列)されている。
Further, an antireflection concavo-
このため、対物レンズ46の両レンズ面におけるレーザ光の反射を抑制することができる。その結果、検出器45において検出されるレーザ光の光量を比較的多くすることができ、ノイズの発生を効果的に抑制することができる。従って、高い光学性能を有する光ピックアップ装置6を実現することができる。
For this reason, the reflection of the laser beam on both lens surfaces of the
また、本実施形態4では、レンズ本体48の各レンズ面の上に反射防止凹凸構造49を被覆するように保護膜51a及び51bが形成されている。このため、上記実施形態1で説明したように、高い耐環境性及びより高い反射抑制効果を実現することができる。従って、より高い光学性能を有する光ピックアップ装置6を実現することができる。
In the fourth embodiment,
尚、反射防止凹凸構造49のピッチがレンズ面48a、46bの少なくとも光学有効径内においてレーザ光の波長以下である限りにおいて、反射防止凹凸構造49のピッチがレンズ面48a、46bの光学有効径内の全域にわたって略一定であってもよい(すなわち周期的であってもよい)。また、反射防止凹凸構造49のピッチが光学有効径内の各所によって相互に異なっていてもよい。すなわち、反射防止凹凸構造49は非周期的であってもよい。反射防止凹凸構造49を非周期的なものにすることによってレンズ面48a、46bにおける回折光の発生を効果的に抑制することができる。
As long as the pitch of the antireflection concavo-
以上、実施形態3、4において、本発明を実施した光学部材を備えた光学装置の例として撮像装置及び光ピックアップ装置を例に挙げて説明したが、本発明は、その他、光走査装置等の各種光学装置にも適用できるものである。 As described above, in the third and fourth embodiments, the imaging device and the optical pickup device have been described as examples of the optical device including the optical member according to the present invention. However, the present invention is not limited to the optical scanning device or the like. The present invention can also be applied to various optical devices.
本発明に係る光学部材は、反射防止効果及び高い耐環境性を有し、レンズ鏡筒や、レンズ等に代表される光学素子等として有用である。本発明に係る光学部材を用いることによって、高品位な結像光学系、対物光学系、走査光学系、ピックアップ光学系等の各種光学系、レンズ鏡筒ユニット、光ピックアップユニット、撮像ユニット等の各種光学ユニット、及び撮像装置、光ピックアップ装置、光走査装置等を実現することが可能となる。 The optical member according to the present invention has an antireflection effect and high environmental resistance, and is useful as a lens barrel, an optical element represented by a lens, and the like. By using the optical member according to the present invention, various optical systems such as a high-quality imaging optical system, objective optical system, scanning optical system, and pickup optical system, lens barrel unit, optical pickup unit, and imaging unit An optical unit, an imaging device, an optical pickup device, an optical scanning device, and the like can be realized.
1、2、3、4 光学部材
5 撮像装置
6 光ピックアップ装置
10 光学部材本体
11、36、49 反射防止凹凸構造(SWS)
12 凸部
20、38、51a、51b 保護膜
30 レンズ鏡筒ユニット
31 レンズ鏡筒
32 結像光学系
33 装置本体
34 撮像素子
35 鏡筒本体
37 線条凸部
41 レーザ光源
42 コリメータ
43 ビームスプリッタ
45 検出器
46 対物レンズ
47 情報記録媒体
47a 情報記録面
48 レンズ本体
50 錐体状凸部
1, 2, 3, 4
DESCRIPTION OF
Claims (10)
上記表面を被覆し、上記入射光を透過させる保護膜と、
を備えた光学部材。An optical member body in which a plurality of fine convex portions or concave portions are arranged, and an antireflection uneven structure that suppresses reflection of incident light is formed on the surface;
A protective film covering the surface and transmitting the incident light;
An optical member comprising:
上記光学部材本体は実質的にガラスからなるものである一方、上記保護膜は実質的に樹脂からなるものである光学部材。The optical member according to claim 1,
The optical member main body is substantially made of glass, while the protective film is substantially made of resin.
上記保護膜は上記光学部材本体よりも化学的耐久性が高いものであることを特徴とする光学部材。The optical member according to claim 1,
The optical member, wherein the protective film has higher chemical durability than the optical member body.
上記光学部材本体は上記入射光を透過するものであり、上記保護膜の該入射光の波長における屈折率は上記光学部材本体の同屈折率よりも低いことを特徴とする光学部材。The optical member according to claim 1,
The optical member main body transmits the incident light, and the refractive index of the protective film at the wavelength of the incident light is lower than the same refractive index of the optical member main body.
上記保護膜の表面は滑面に形成されている光学部材。The optical member according to claim 1,
An optical member in which the surface of the protective film is formed on a smooth surface.
上記保護膜の表面には上記反射防止凹凸構造に対応した凹凸が形成されていることを特徴とする光学部材。The optical member according to claim 1,
An optical member, wherein the surface of the protective film is provided with unevenness corresponding to the antireflection uneven structure.
上記保護膜は、該保護膜の表面における反射光の位相と上記光学部材本体の表面における反射光の位相とが上記入射光の波長の半分だけずれるような厚みに形成されていることを特徴とする光学部材。The optical member according to claim 1,
The protective film is formed to have such a thickness that the phase of the reflected light on the surface of the protective film and the phase of the reflected light on the surface of the optical member body are shifted by half the wavelength of the incident light. Optical member to be used.
上記反射防止凹凸構造は、上記光学部材本体の表面における反射光の強度と上記保護膜の表面における反射光の強度とが相互に実質的に等しくなるように形成されていることを特徴とする光学部材。The optical member according to claim 7,
The antireflection uneven structure is formed such that the intensity of reflected light on the surface of the optical member body and the intensity of reflected light on the surface of the protective film are substantially equal to each other. Element.
上記反射防止凹凸構造は、線条の凸部又は凹部が相互に並行に複数配列されてなるもの、錐体状の凸部又は凹部が複数配列されてなるもの、錐台状の凸部又は凹部が複数配列されてなるもの、若しくは柱状の凸部又は凹部が複数配列されてなるものであることを特徴とする光学部材。The optical member according to claim 1,
The antireflection concavo-convex structure includes a plurality of linear protrusions or recesses arranged in parallel to each other, a plurality of cone-shaped protrusions or recesses arranged, a frustum-like protrusion or recess An optical member characterized in that a plurality of slabs are arranged, or a plurality of columnar projections or recesses are arranged.
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